第一篇：基于C51单片机和PWM调光的LED台灯设计
摘要
LED台灯作为LED绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品。在实际的应用中，发现LED灯在周边亮度大时依然以同一功率发光，存在电能浪费；在周边亮度小时LED灯不能提供足够和恰当的光度。本文介绍了以STC89C51为控制核心，通过光敏电阻感应光度，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。同时设置手动控制。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
关键词
LED台灯 光度 PID PWM调光 自动调节
原创性声明
本设计所用到的程序代码和电路均是来自本团队，如没有经过允许，不得复制和转载。
目录
前言··············································4 总体方案设计······································5 硬件设计··········································5 软件设计··········································9 总结·············································12 附录1：作品照片··································13 附录2：程序·······································15
前言
LED照明又称固态照明，作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术，具有节能、环保、安全可靠的特点，固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源，代表照明技术的未来。发展新固态照明，不仅是照明领域的革命，而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。
LED台灯就是以LED(Light Emitting Diode)即发光二极管为光源的台灯，LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED台灯是典型的绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品，具有广阔的应用前景。
在实际的应用中，发现LED灯在周边亮度大时依然以同一功率发光，存在电能浪费。另外一方面，因为LED的发热量和电流存在正相关的关系，发热影响了LED的寿命，所以在不必要的亮度下也减少了LED的寿命。然而，当LED在周边亮度小时，LED灯不能提供足够和恰当的光度，这样又影响了阅读，造成视觉疲劳。
PWM方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。
本文介绍了以STC89C51为控制核心，通过光敏电阻感应光度，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。同时设置手动控制。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
一、总体方案设计
基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以STC89C51作为主控芯片，设置了手动控制和自动控制。在手动控制时，分为三档，输出不同的PWM占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的手动调节。
在自动控制时，通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的自动调节。总体框图如下（图1.1）:
图1.1
二、硬件设计
硬件设计总体框图如下：
图2.0
1、主控电路： 主控电路采用STC89C51作为主MCU。STC89C51是一款八位，片内有ROM/EPROM的单片机，其硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。这种芯片构成的最小系统简单、实用﹑可靠。用STC89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如下图（图2.1）所示。本设计所选用的晶振为12MHZ，晶振电容为30PF。
图2.1
2、LED驱动
LED的亮度受电流控制，通过控制电流调节LED灯的亮度。利用公式ILtONTI可知，利用调整PWM不同的占空比就可以控制电流的大小。电流通断的变化用NMOS管K2717实现，三极管9014提供驱动K2717的电流，PWM由P2.0输出，低电平有效。如下图（图2.2）所示：
图2.2
2、手动控制
KEY4变化控制的方式，KEY4为自锁按键，按下为手动控制，弹起为自动控制。手动控制时可以分为三档，对应与KEY1~3三个按键。如下图（图2.3）所示：
图2.3
3、自动控制
<1>光敏电阻反馈部分
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。因此，不断采集光敏电阻对地的电压便可以获知台灯周边光强的变化。如下图（图2.4）所示：
图2.4 <2>ADC0809模数转换部分
ADC 0808和ADC 0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。
如下图（图2.4）所示，ADC0809的参考电压设置成5V，时钟信号通过单片机P3.3口利用定时器中断输出。光敏电阻的对地电压从IN3口输入，ADC0809将其转换成数字量后通过OUT1-7输出，以便单片机进一步处理。
图2.5
三、软件设计
1、总体框图
图3.1 8
2、主要程序
<1>按键扫描
不断扫描按键判断是手动控制和自动控制。程序代码：
void keyscan(){
ad();
if(key==1)
//key4松开，a恒为0 ,通过读c的值确定b的值
{
if(c<0.40)
last=0;
else if((c>=0.40)&&(c<2.0))
last=2;
else if((c>=2.0)&&(c<3.0))
last=5;
else if((c>=3.0)&&(c<4.0))
last=7;
else
last=10;
}
if(key==0)
//key4按下，{
if(key1==0)
{
delayms(10);//去抖
if(key1==0)
last=1;
}
if(key2==0)
{
delayms(10);
if(key2==0)
last=6;
}
if(key3==0)
{
delayms(10);
if(key3==0)
last=10;
}
}
}
手动控制 9
<2>AD转换
定时器1产生CLK信号，定时时间为2us,亦即CLK周期为0.4us。程地址为011，即IN3口输入。利用公式getdata*1.0/255*VREV+对数字量进行变化。程序代码如下：
void ad(){
} ST=0;//关闭转换 OE=0;//关闭输出 ST=1;//开启转换 ST=0;//关闭转换 P34=1;//选择通道0 P35=1;P36=0;while(EOC==0);//判断是否转换结束:是则执行以下语句,否则等待 OE=1;//开启数据输出允许
getdata=P0;//将数据取走,存放在变量getdata中
OE=0;//关闭输出
c=getdata*1.0/255*4.85;//电压值转换,5V作为参考电压,分成256 <3>PWM调节
定时器0控制PWM周期和占空比。程序代码如下： void into(void)interrupt 1 { TH0=(65536-500)/256;TL0=(65536-500)%256;
count++;if(count>CIRCLE)
{ count=1;}
if(count<=last)pwm=0;//占空比,使用反相器应为1 else
pwm=1;
四、总结
基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以STC89C51作为主控芯片，设置了手动控制和自动控制。在手动控制时，分为三档，输出不同的PWM占空比实现了对光度的手动调节。在自动控制时，通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比实现了对光度的自动调节。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
同时，在本次课程设计中，主要有以下体会：
1、对LED的驱动有进一步的了解，明白了如何对LED进行规定电流驱动，并通过输出不同的占空比来调节LED的亮度，从而对LED的耗电进行相应的管理；
2、进一步掌握了AD转换原理以及相关芯片的应用，通过ADC0809对外界的模拟量进行转换。
3、培养了自己的团队意识，能够比较好的和队员就项目进行及时的沟通，在分工和整合方面做的不错。附录1：作品照片
第二篇：基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案
基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案 2012-04-26 站长统计 中心议题：
基于PWM调光的多功能LED台灯设计方案 解决方案
探究系统硬件电路设计方法
设计基于PWM 调光的多功能LED 台灯
引言
随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，绿色节能已经成为全球普遍关注的话题，人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，在电能消耗中，发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED 作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源。基于白光LED 的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。可以预见不久的将来，LED 必然会进入普通照明领域取代现有的照明光源。
目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点；至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害；而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。为解决当前问题，本文设计了以AT89S51 单片机为核心的多功能白光LED 台灯系统，采用PT4115 大功率LED 恒流驱动方案，可实现对LED 台灯的PWM 调光控制；同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的同时，为家庭使用提供了极大的便捷。系统硬件电路设计
该多功能 LED 台灯系统采用20 只5mm 高亮白光LED 灯珠为光源，以AT89S51 单片机为主控芯片，由LED 恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统、按键系统组成。系统结构框图如图1 所示。
该系统可具体实现LED 台灯的10 级PWM 调光控制；液晶屏实时显示时钟、日历与环境温度信息；闹钟功能采用声光报警方式，即一旦到达闹钟时间，LED 台灯自动点亮，并发出蜂鸣声报警，以唤醒用户；用户可通过按键系统实现对时钟日历与闹钟参数的设置、LED 亮度的调节以及闹钟报警的解除。
图1 系统结构框图
1.1 单片机主控系统
本设计主控系统采用ATMEL 公司的高性能AT89S51 芯片实现，其P0 口外接10K 的上拉电阻，P0.0~P0.7 同时作为DS12C887 的数据接口与液晶1602 的数据接口。P2.0~P2.3分别连接DS12C887 芯片的片选端CS、地址选通输入端AS、数据选择端DS 与读/写输入端R/W,P3.2 连接其闹钟中断请求输出端IRQ.P2.5~P2.7 分别连接液晶1602 的使能端EN、数据/命令选择端RS、读/写选择端RW.P2.4 作为蜂鸣器控制端。P3.0 作为DS18B20 的信号输入端。P3.1、P3.4、P3.5、P3.6 与P3.7 作为S2~S6 按键系统。P1.1 作为PWM 信号的输出端并连接PT4115 芯片DIM 端，用于PWM 调光控制。系统晶振电路由12MHZ 晶振与两个30PF 电容组成；复位电路则由S1 按键、10K 电阻与10uF 电解电容构成。主控系统电路如图2 所示。
图2 单片机主控系统电路图
1.2 恒流驱动系统
本设计 L ED 光源采用相互并联方式，共由20 只5mm 高亮度小功率LED 灯珠组成；每只LED 灯珠的压降约3.1V,工作电流约20mA.由白光LED 的正向伏安特性可知，当LED 端电压超过其正向导通电压后，较小的电压波动都会导致工作电流的的剧烈变化，从而影响LED 的正常使用，固LED 宜采用恒流驱动方式。因此，本设计LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驱动，PT4115 是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源芯片，能将直流电压直接转换成稳定的恒流输出；其采用6~30V 宽电压输入，输出电流可达1.2A,转换效率高达97%,输出电流精度达±5%.该芯片内部含有抖频特性，极大的改善EMI,同时具有过温、过压、过流、LED 开路保护等多种功能。该芯片适合用于绿色照明LED灯的驱动电路，具有应用电路非常简洁的优点。LED 恒流驱动电路如图3 所示。
图3 LED 恒流驱动系统电路图
通过 PT4115 芯片上的DIM 端，可以方便的进行模拟或PWM 调光。由于模拟调光是直接改变流过LED 电流的大小来实现亮度调节，除了亮度会改变以外，也会影响白光的质量，即不同电流下发出的白光存在色偏。因此，本设计采用PWM 调光方案，PWM 调光的基本原理是保持LED 正向导通电流恒定，而通过控制电流导通和关断的时间比例，即改变输入脉冲信号的占空比，使LED 产生亮暗变化；并利用人眼的视觉残留效应，当LED 亮暗变化频率大于120Hz 时，人眼就不会感觉到闪烁，而看到是LED 的平均亮度。PWM 调光的优势是LED 正向导通的电流是恒定的，LED 的色度就不会像模拟调光时产生变化。
PT4115 恒流驱动输出的电流值计算公式为：
IOUT =（0.1×D）/ Rs（D 为方波信号占空比，Rs 为限流电阻。
本设计 LED 光源采用20 只小功率白光LED 灯珠并联方式，且每只LED 灯珠额定电流为20mA,则PT4115 恒流驱动输出最大电流IOUT 应为400mA,因此Rs 选取0.25 Ω 电阻。
L1 为镇流电感，选取68μ H,用于稳定通过LED 的电流。D1 是续流二极管，当芯片内部MOS 管截止状态时为储存在电感L1 中的电流提供放电回路；由于工作在高频状态，D1 选用正向压降小且恢复速度快的肖特基二极管SS24.PWM 脉冲信号则由单片机P1.1 产生，其高低电平决定LED 的通断状态。将定时器T0溢出中断定为1/2500 秒（即400μ S），每10 次脉冲作为一个周期，即频率为250HZ.这样，在每1/250 秒的方波周期中，通过改变方波的输出占空比，从而实现LED 灯的10 级亮度调节，即LED 亮度等级由每个周期内的高电平脉冲数目决定。当高电平脉冲个数为1 时，占空比为1/10,亮度最低，其调光原理如图4 所示；当高电平脉冲为10 时，占空比为1,LED亮度最高。
图 4 PWM 调光原理图
1.3 时钟系统
时钟系统采用高性能的DS12C887 时钟芯片，该芯片功能丰富，使用简单，是一款高精度实时时钟芯片；其可以自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，具有闰年补偿及闹钟（定时）功能，并且内部自带有锂电池，外部掉电时，仍可维持时钟准确，其内部时间信息能够保持10 年之久；外部系统断电后，用户无需重新设定时间。
DS12C887 时钟芯片有两种总线工作模式，即Motorola 和Intel 模式。本设计选用Intel模式，即将芯片第一引脚MOT 接GND.同时，时钟系统设置为24 小时模式，寄存器存储模式选为二进制格式。P0.0~P0.7 连接其地址数据复用端口AD0~AD7.P2.0~P2.3 分别连接芯片片选端CS、地址选通输入端AS、读/写输入端R/W 与数据选择端DS.P3.2 连接中断请求输出端IRQ,用于处理闹钟中断。该时钟接口电路如图5 所示。
图5 时钟系统电路图
1.4 液晶显示系统
显示系统采用1602 字符型液晶。该液晶可显示两行，每行显示16 个字符；且体积小、能耗低、操作简单；适合于本设计所需数字、英文字母以及特殊符号的显示要求。通过单片机控制1602 液晶实现首行年、月、日、星期显示，第二行时、分、秒以及环境温度显示。
本系统 1602 液晶采用并行操作方式，P0.0~P0.7 通过借助10K 的上拉电阻连接其数据端口DB0~DB7,P0 口同时也连接着DS12C887 的数据地址端口，由于各自片选信号不同，选中时操作对应芯片将不会造成操作冲突。P2.5~P2.6 分别连接1602液晶的使能端E、读/写选择端RW、数据/命令选择端RS.第3 引脚为液晶显示对比度调节端，通过10K 滑动变阻器接地，用于调节液晶的显示亮度。第15 管脚背光源正极BLA通过10 欧电阻接地，第16 管脚背光源负极BLK 接地。该液晶接口电路如图6 所示。
图6 液晶系统电路图
1.5 温度检测系统
温度检测系统选用DALLAS 公司“一线总线”接口的数字温度传感器DS18B20,该传感器具有微型化、低功耗、高性能等优点，可直接将温度转化成串行数字信号处理，测温范围为-55~125℃，最高分辨率可达0.0625℃。DS18B20 共有三个引脚电源正VCC、电源负GND 和信号输入输出口DQ.R3 为4.7K 的上拉电阻，用于保证单片机与DS18B20 通讯时高低电平准确的被单片机机和DS18B20 识别。单片机P3.0 口通过R3 连接DQ 端口实现温度数据的采集处理，并通过液晶屏实时显示。温度检测电路如图7 所示。
图7 温度检测电路图
1.6 蜂鸣系统
蜂鸣系统用于产生闹钟报警声以及按键提示音。由单片机P2.4 口控制PNP 三极管9012的通断实现对蜂鸣器声音控制；通过延迟函数实现蜂鸣报警声的长短音控制，长音''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''用于闹钟铃声，短音''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''用于按键提示音。蜂鸣系统电路如图8 所示。
图8 蜂鸣系统电路图
1.7 按键系统
按键控制系统由S2~S5 五个按键组成，分别为S2 时间设置键、S3 数值增大键、S4 数值减小键、S5 闹钟设置键以及S6 亮度调节键。S2 用于选择需要调整的时间日历以及闹钟参数，并作为时间日历参数的存储确认键。S3 与S4 用于调整被选参数值的大小。S5 用于闹钟查看与存储确认键。S6 用于LED 灯光10 级亮度的调节键。按键系统电路如图9 所示。
图9 按键系统电路图
1.8 电源系统
本系统设计最大功率约1.6W,可采用电池或稳压电源多种方式供电。由于系统光源采用20 只LED 灯珠并联组成，所以LED 恒流驱动芯片PT4115 供电电源在6~30V 电压范围内均可使LED 灯正常使用。但单片机供电系统采用三端稳压芯片7805,该线性稳压芯片正常工作输入电压与输出电压差值应至少高于2V,若差值过大会增加额外功耗。因此，本系统宜选用2 节4.2V 锂电池或9V 的稳压电源方式供电。同时，本文LED 恒流驱动系统设计简洁灵活，可根据用户需求适当调整驱动电路参数，即可扩展LED 照明功率，最大可至10W左右。系统软件设计
该系统控制程序主要包含系统初始化程序、实时时钟芯片处理程序、温度传感器芯片处理程序、液晶显示程序、键盘检测与处理程序、闹钟中断以及定时器产生PWM 程序构成。
2.1 系统主程序
系统主程序主要包括系统初始化程序（包括I/O 口初始化、DS12C887 时钟芯片初始化、液晶1602 的初始化、外部中断0 与定时器T0 设置）、按键检测和处理程序、时钟数据的读取与处理程序、温度数据的读取与处理程序、液晶显示程序、闹钟报警的判断和处理程序、PWM 调光处理程序等。程序中设置闹钟标志位Flag_ri,一旦闹钟时间到达，时钟芯片IRQ引脚触发外部中断0,进入中断程序则置Flag_ri=1,用于主程序中闹钟报警的判断与处理。
系统主程序流程图如图10 所示。
图10 主程序流程图
2.2 按键检测和处理程序
按键控制系统由S2~S6五个按键组成，分别为S2时间设置键、S3数值增大键、S4数值减小键、S5闹钟设置键以及S6亮度调节键。S2用于选择需要调整的时钟以及闹钟参数，根据S2按下次数，依次选择秒、分、时、星期、日、月、年，液晶屏上被选参数下方以光标闪烁状态提示，再通过按下S3或S4调整被选参数值的大小，S2按下累积8次时，则退出选择功能并保存当前数据至时钟芯片。S5用于闹钟时间的查看与设置；首次按下S5,1602液晶屏第二行显示已设置的闹钟时间；可通过S2、S3与S4重新设置闹钟时间；再次按下，则退出闹钟查看功能并保存当前设置的闹钟参数至时钟芯片。同时，S3与S4还可独立作为闹钟产生时的取消键与LED灯光的关闭键。S6实现LED灯光亮度的10级调节，每按一次，LED亮度增大一级；当达到亮度最大时，再次按下则关闭LED灯光。每次有按键按下，蜂鸣器都以短''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''声提示。按键检测与处理流程图如图11所示。
图11 按键检测与处理流程图
2.3 闹钟中断程序
系统到达设置的闹钟时间，DS12C887 时钟芯片IRQ 引脚输出由高电平变为低电平，作为单片机P3.2 口INT0 中断的申请输入，并可通过读取DS12C887 芯片的C 寄存器来清除IRQ 引脚输出。因此，将外部中断INT0 设置为负跳变沿触发中断，并设置闹钟标志位Flag_ri,闹钟时刻到达时设置Flag_ri=1,用于主程序中的闹钟报警处理。闹钟中断程序如图12 所示。
图12 闹钟中断流程图
2.4 定时器中断程序
为产生调节 LED 灯光亮度的PWM 信号，定时器T0 设置为工作方式0,即13 位计数器定时，最多装载数值为213=8192 个。因为系统晶振采用12MHz,赋值使TH0=（8192-400）/ 32 与 TL0=（8192-400）%32,即可实现400μS 的定时中断。10 次中断（即4mS）作为一个周期，通过调节每个周期内单片机P1.1（该控制口名称定义为LED_PWM）输出的占空比来产生PWM 脉冲信号，以控制PT4115 恒流驱动芯片实现LED 灯的10 级亮度调节。
程序设置对T0 中断次数（即定义为T0_num）进行计数，以便判断一个周期到否；同时判断比较高电平脉冲个数（即定义为scale 值，由调光键S6 按下次数设置）用于实现不同亮度等级的调节。在定时器T0 中断服务程序中，首先T0 重新装入定时为400μ S 的初值；定时器中断次数T0_num 加1,判断一个方波周期到否，若到达，令T0_num 归零，并将P1.1口输出电平置高（即LED_PWM=1）；如果一个方波周期还没到，则与亮度等级scale 值作比较，判断高电平脉冲个数scale 到否，若到达，令P1.1 口输出电平置低（即LED_PWM=0），否则继续保持P1.1 口输出高电平（即LED_PWM=1）；而后中断返回，等待下一次定时中断。
这样，P1.1 口就产生了所需的PWM 调光信号。定时器生成PWM 流程图如图13所示。
图13 定时器生成PWM流程图 实验结果
根据以上设计方案，本文制作了该款基于PWM 调光的多功能LED 台灯。经调试后系统运行稳定可靠，基本可以满足家庭生活的使用要求。系统工作时，最低功率（即LED 熄灭状态）为0.28W;最大功率（即LED 最高亮度状态）约为1.52W;同时，液晶显示时间、日历与温度数据准确，闹钟功能稳定。实物照片如图14 所示。
图 14 实物照片 结论
本文多功能LED 台灯系统采用AT89S51 单片机为控制核心，运用恒流驱动方案与PWM调光技术实现L ED 台灯的多级调光控制，并兼有时间日历、温度检测、液晶显示以及声光闹钟等功能。该系统具有控制电路简单、亮度调节精确、功能丰富、实用便捷等优点，适合于现代家庭的实际需要。可以预见，随着LED 照明技术的不断发展完善，节能高效的LED将在家用照明领域发挥着日益重要的作用。
第三篇：基于PWM调光的智能多功能台灯设计文献综述
本科毕业设计（文献综述）
题 目 基于PWM的智能多功能台灯设计 姓 名 韦 洋
专 业 自动化 学 号 201042004 指导教师 曹 卫 锋
郑州科技学院电气工程学院 二○一四年五月
文献综述
基于PWM的智能多功能台灯设计文献综述 前言
台灯是每个家庭的生活必需品，而普通的台灯功能简单，用途单一。随着电子科技的发展，台灯作为人们经常使用的生活必需品也有着很大的发展。逐步朝着多功能化，智能化的方向发展。根据自身所学知识结合实际情况制作一种智能台灯，主要实现台灯的基本照明功能功能，能够智能的调节台灯亮度，能够显示室内温度，拥有万年历时钟功能。随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化多功能化。台灯的发展的发展背景
虽然按键式的台灯还是台灯市场的主体。但是，随着现代电子技术的发展和人们的需求变化，传统的台灯已经感受到产品更新换代的威胁。与其他的智能化家用电器一样，智能化台灯有许多普通按键台灯所无法比及的优势，智能化台灯一方面可以更节省电能，有利于环保。现今台灯种类样式繁多，灯泡分为：节能灯，白炽灯，LED灯泡。控制方式有：开关控制，触控式，亮度可调式，甚至声控。LED 作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源[1]。基于白光LED 的固态照明，是一种典型的绿色照明方式[2]。与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。基于PWM调光的智能LED台灯的发展现状
自LED光源进入通用照明领域，逐渐取代传统光源，日益占据照明的核心领域。其除了耗能少、无污染、不含汞、寿命长等优点外，可控性强是LED光源区别于传统光源的鲜明特点。因此，充分发挥LED的先天优势，让LED按
文献综述
照人们的照明需求，随时“可控可调”，将使LED更为快速的占据照明领域的核心地位。而如何实现成本可接受的“可控可调”，将非常关键。
调光的需求可以大体分为三类：一是功能型调节光线的需要，如进门的玄关、会议室等；二是家居生活中舒适性和生活格调的体现，比如对灯光的明暗搭配，色温冷暖，既可以根据环境的需要进行调节，也可以起到烘托氛围的作用；三是环保节能的需要，比如公共场所的节能需求。比如停车场照明、商场照明、道路照明等。
目前常见的调光技术主要有：1采用直流电源LED 的调光技术。2采用脉宽调制（PWM）来调光。3用可控硅对LED 调光。按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择。
方案一：采用直流电源LED 的调光技术
如果需要要改变LED 的亮度，实现起来相对来说比较容易。发光二极管具有单向导电性是由电流驱动的器件，因为LED 的亮度是取决于通过它的电流，在一定范围内电流越大其亮度越亮，反之则越小。调节LED 的亮度只需要调节电流大小，而LED工作电流很小通常需要串接限流电阻，所以当我们改变其限流检测电阻就能实现改变其电流大小从而改变LED的亮度。但是通常限流检测电阻阻值非常小，用一个很小阻值的电位器来调节电流，操作起来很难实现电流调节。所以一般不采用调节电阻大小来实现调节电流。因此为了实现电流调节，有些芯片提供一个控制电压接口，通过改变输入的控制电压就可以改变其输出恒流值。这样实现起来就比较容易。然而用调正向电流的方法来调亮度会产生一些问题，那就是在调亮度的同时也会改变它的光谱和色温。调电流会产生使恒流源无法工作的严重问题。长时间工作于低亮度有可能会使降压型恒流源效率降低温升增高而无法工作。调节正向电流无法得到精确调光。
方案二：采用脉宽调制（PWM）来调光
LED 是一个发光二极管，它可以快速实现开关。这一特点是其他的发光器件所无法比拟的。因此，我们需要把供电源改成脉冲恒流源，改变电源脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度[3]。种方法称为脉宽调制（PWM）调光法。假如脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其工作比D（或称为孔度比）就是ton/tpwm.改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED 的亮度。简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法[4]。通过高分辨率计数器的使用，文献综述
方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的[5]。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。脉宽调制调光的优点：
1、不会产生任何色谱偏移。
2、PWM调光具有极高的调光精确度。
3、可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM 信号。
4、PWM调光能够通过软件的方式比较容易实现，使用范围广阔。
方案三：可控硅调光
普通的照明灯具通常采用可控硅来调光，例如白炽灯和卤素灯。因为他们基本是一个纯阻器件，以这样纯阻器件为照明工具的灯光系统对输入电压没有要求，输入电压是否是正弦波交流电对其没有任何影响。通过纯阻器件的电流和电压波形是完全一致的，所以不管电压波形如何偏离正弦波，所以改变输入纯阻器件电压的有效值，就可以调光。但是可控硅却不能对以LED为照明器件的照明系统进行调光。因为LED并不是一个纯阻性的器件。
香港理工大学电子与资讯工程系研究人员最近开发出高性能LED驱动器，可使LED灯更亮更节能。这种新驱动器采用创新的多级PWM技术为LED灯供电，与当下LED产品采用的PWM和线性驱动器相比，这种技术显著改善了光质量和能效。这种方式不局限于LED驱动器，并可提供比PWM或恒流模式更多的好处和选择。采用传统的PWM方式，LED接受的电流是脉冲式的，而不是直流。这种驱动电流以人眼所无法察觉的速度快速开关。以脉冲电流为LED供电使得光输出更容易控制。由Lai Yuk Ming博士、Loo Ka Hong博士以及MichaelTse教授所成立的研究团队，他们对PWM方式进行了转变。脉冲式操作是以最大化光输出同时最小化热能耗的方式进行的重新设计。从而得到更高光效(lm/W)。Loo Ka Hong博士认为，他们的技术可以再节能15%。
综述来说LED调光最好采用的技术是PWM调光。采用PWM 调光时，可以运用微控系统，例如单片机，通过程序可以预先设置好灯光的亮度等级，然后通过调节等级就能实现对灯光的亮度的调节。PWM 调光是可以直接应用于调光型台灯的[6]。因此最终选择PWM调光。
文献综述 基于PWM智能多功能台灯的设计要求和方法
4.1设计要求
功能要求：台灯能够自动调整光强亮度，检测环境温度，显示日历具有闹钟定时功能。
硬件要求：整个系统的硬件部分包括单片机，键盘、显示和信号输出等。
具体要求如下：台灯功率1.8W。能够用按键调节台灯亮度，总共分为十级亮度。能够显示时间日期，星期，台灯亮度，温度，能够进行闹钟定时，能够修改时间日期。
4.2 基于PWM调光的智能LED台灯设计的实现
通过查阅资料，图书馆中的文献，以及一些刊物，了解别人的设计思想和方法，借鉴一些别人的好的思想方法和一些应用比较成熟的电路。进行自己的构思。单片机作为现在许多电子产品的微控制[7]，虽然单片机的品种，规格越来越多。但是52系列单片机仍然是八位单片机应用领域的主要机型。其功能也越来越强大。用52单片机作为智能台灯的控制器，也具有很多优势。通过单片机系统将各个电路模块有机的结合起来。形成一个完整的电路系统。从而实现智能台灯的操作。
此次设计的智能台灯将有以下几个电路模块组成：时钟系统，测温系统，显示系统，恒流LED驱动系统[9]，蜂鸣系统，主控系统，按键系统。硬件电路的设计当然少不了软件的支持。Proteus,keil C51等仿真软件的出现为单片机和硬件电路的仿真提供了很大的便利。Proteus软件能够非常逼真的进行单片机的仿真。为电路的设计提供了理论保障。
硬件电路的实现需要软件的支持单片机的编程可以用汇编语言或是高级语言。而C语言是常用的一种高级语言。程序的设计需要考虑硬件功能的实现。掌握设计程序的思路，学会用计算机语言编写程序，以实现所需处理的任务：
1、重点掌握单片机的基本知识，工作原理，能够掌握用单片机作为微处理器的电路设计。
2、熟悉DS1302时钟芯片的特性和工作原理。
3、熟悉DS18B20温度集成模块的特性和工作原理，掌握其应用。
4、熟悉字符型液晶显示模块1602 的[8]
文献综述
使用，了解显示模块的各个引脚的用途，接法[10]。
5、LED灯采用恒流驱动芯片PT4115的工作原理作用，以及各个引脚的接法[3]。
6、熟悉了解PWM的原理，明白如何通过脉宽调制来进行调光[4]。
7、能够熟练掌握用C语言进行程序设计进行编程。
8、硬件电路的实现。研究手段：本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。
9、在论文写作工程中尽量做到贴近现实在大量资料的基础上做到真实可靠，发现问题解决问题。在做作品的时候尽量做到多练习，电路做到尽量简单可靠，设计美观，节约成本，实用。总结
随着科技的发展，将来所有的家用电器都将在一个智能控制系统下工作。通过主控系统将家庭所有电器，电子产品有机的联合起来，形成一个智能化的网络。通过互联网实现远程监控。使生活变得更加方便快捷。所以我们认为家居生活的发展方向是：应用简单可靠的系统，通过高智能的精准控制和协同，让生活变得更简单更舒适更节约。LED台灯是家常电器之一，随着现代科技的进步，LED台灯的类型也越来越多。LED台灯的构造、技术等更加符合广大用户的使用，能起到环保、省电、护眼、耐用多功能等，适合于的场所包括有酒店、酒吧、房间、咖啡厅、客厅、办公室、书桌。可以预见不久的将来，LED 必然会进入普通照明领域取代现有的照明光源。而具有智能调光功能多用途的LED照明系统将会拥有更加广阔的前景。
文献综述
参考文献
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第四篇：西安电子科技大学电子产品制作省电的LED调光台灯的设计
电子产品创作设计课程项目设计论文
省电的LED调光台灯的设计
院系: 电子工程学院
班级: 021231班
作者：
西安电子科技大学
关于LED调光台灯的研究
摘要：
随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，绿色节能已经成为全球普遍关注的话题，人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，在电能消耗中，发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED 作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源基于白光LED 的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。可以预见不久的将来，LED 必然会进入普通照明领域取代现有的照明光源。
目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点；至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害；而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。
关键词：全球能源危机 绿色节能 LED
目录
第一章 引言......................................................................................................................................3
1.1 LED照明台灯的发展潜力......................................................................................................3 1.2.LED照明台灯的不同构造....................................................................................................4 1.3.LED照明台灯的前景............................................................................................................4
第二章LED调光台灯中设计的理论基础........................................................................................5 2.1 电路原理…………………........……………………………………………………………5 2.2 三极管工作原理……….....…………………………………………………………………6 2.3 双向可控硅的工作原理.........................................................................................................7
第三章 硅控调光器的缺点……………………………………….…………………………8
第四章 调试....................................................................................................................................8
第五章 学习体会..............................................................................................................................9
第六章 总结......................................................................................................................................9
参考文献……………………………………………………………………………………….11
第一章 引言
台灯一般用在阅读、书写、设计、批阅等办公或学习照明使用场所。对于做桌面工作的人来说，保证工作区的良好的视觉环境，对提高学习和办公的质量，提高工作效率，保护身体健康有很大的好处。目前，传统台灯的光源主要有白炽灯和荧光灯管两种：
白炽台灯一般用40w～60w，可以保证工作面上有足够的照度，而荧光台灯多用不透明而且能反光的金属罩，表面喷漆，放射光线能增加工作的照度，金属罩应有一定的遮光角度，这样既使工作面上的照度比较均匀，又能使灯管发出的光线不致直接刺激眼睛。但是，白炽灯的缺点是发热量大、耗电、发光效率较低、使用寿命短。
而荧光灯管的缺点是显色性较差（光谱是断续的）特别是它的频闪效应，容易使人眼产生错觉，需要在设计上采取措施消除频闪效应，另外灯管内存在着有毒的汞蒸汽，不环保。
1.1 LED照明台灯的发展潜力
以半导体发光二极管（LED）为光源的台灯，其光源具有低压直流驱动、无频闪、极低功耗、光线集中、环保、使用寿命长、易于控制等诸多优点。具体的说LED环保节能台灯的优点主要有：
(1).LED是绿色照明理想的光源
与传统的照明工具相比，LED照明工具，特别是GaN基白光LED照明，在功耗及寿命方面均有不可比拟的优越性。传统白炽灯采用热发光技术，浪费了９０％的能源，而发光二极管的效能转换率却非常高。由于半导体照明具有节能、长寿命、免维护、环保等优点，业内普遍认为，如同晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统的白炽灯和荧光灯也是大势所趋；半导体LED越来越被认同是绿色照明的理想光源。
(2).LED环保节能台灯吸引点众多
市场对于台灯的要求可以从两个方面划分：一是追求个性化，由于书桌在居住环境中的地位越来越重要，因此，书桌上的重要摆放也成为主人个性及爱好的体现；二是多功能性及 保健性，无频闪。LED环保节能台灯将充分体现上述两大卖点。
(3).符合节能省电的理念
我们知道电力供应紧张势必造成电价的提高及节能电器产品的热销。LED环保节能台灯最重要的一个特点，促成热销的一项便是其低耗省电性能。2.2LED照明台灯的不同构造
LED环保节能台灯作为局部照明如读书写字之用，要求的照度和照度均匀度比较高，需要把许多发光二极管串联或者串、并联结合使用，这就涉及到光源的分布问题。根据LED的发光强度、发光角度以及体积小等的特性，可以把多颗LED按照一定数组整合在一块适当的电路板上，再安装在相应的造型结构里，从表面上看整个平面就形成一个发光面，故把这样的一个装有LED的平板式的结构称之为LED发光板。
LED属于低压直流器件，其正向导通电压的典型值3.0V～4.0V，驱动电流为20mA。LED作为一种电流型器件，根据LED伏安特性可知道。为了使LED正常在稳定、可靠的工作状态，则必须为LED提供恒定电流。
LED台灯光源的方向性与传统灯泡及荧光灯管的大面积照射不同。照度和照射范围跟采用的LED的参数、数量和排布有关。
LED环保节能台灯功率一般在3W以内，如一个采用了20颗LED的台灯，其所耗的功率也仅仅为1.6W左右，远远比白炽台灯和荧光台灯要低。当然，单只大功率LED器件的功率一般在0.9W～2W之间，也可以用在台灯上。
LED台灯与传统台灯结构构造区别最大的是光的重新分布部件。传统照明光源为白炽灯或荧光灯等，其发光特点是光辐射几乎占据整个空间，因此需要用反射器将其它方向上的光收集起来，投向要求的区域。通常采用的是抛物面反射器形成近似于平行的光束。而LED台灯，往往根据LED发光强度不同，在其中分布几个至几十颗LED。由于LED发出的光线集中于一个较小的立体角范围，在某些场所已经可以满足局部照明的需要，但如果需要更大的照射范围，那就要使这些LED产生的光在通过一系统透镜，而产生我们所要求的光分布。1.3 LED照明台灯的前景
目前大功率LED台灯正处在市场开拓阶段，价格偏高，且客户对其了解甚少。但其市场潜力巨大。考虑到它的诸多优点，如护眼、省电、环保和长寿命，它的生命力极强。可以预计，在不久的将来，随着大功率LED台灯成本的不断下降，它的市场会有爆炸性的发展。第二章LED调光台灯中设计的理论基础
硅控调光器--电子式调光器、遥控调光器装置成本高,又无统一标准,所以古老的硅控调光器采用量稍多。虽然硅控调光具有许多缺点,但是因为不用改变接线,装置成本较低,各厂牌硅控调光器的性能和规格差别不大,是许多LED照明厂目前选择的调光方案。
电路原理图
2.1电路原理
电源取自变压器T，加上桥式整流D1-D4，将市电220V变成直流14V工作电源。运放A1与稳压器IC1组成基准电压，供运放A2以及外围电阻R3—R6登组成触发器电路的同相输入基准电压。二反相输入经电阻R9取样，于同相输入作比较，使其输出端脉冲宽度由基准电位器RP调节，并经过驱动三极管BG1和功率三极管BF2放大后点亮LED1-LED15发光二极管组件，控制电位器RP即可控制电流大小，弯沉实际上的调光功能。这里，续流二极管D5与储能电感使输出电流平稳。
元器件要求T为电源变压器，市售规格8W/9V可以代用。发光二极管组件LED1-LED6 和LED10-LED15为ψ5mm草帽形自然光色，元器件要求T为电源变压器，市售规格8W/9V可以代用。发光二极管组件LED1-LED6和LED10-LED15为
两边各12枚，少画6枚，总共24枚；LED7-LED8为1W大功率也是自然光色，以带散热片。但是组装时三枚合一，另加装合适条形铝材已增加散热效果。运放A1和A2为双运放LM358，如有LM324则完全通用，只是多了两个运放。IC1稳压器为TL31，稳压值为2.5V，其余电阻、电容为常规配置。
电感L1选取外径为 ψ15mm高频磁环用 ψ0.25mm漆包线穿绕40T即可。限流电阻R9功率为1W，阻值选取2.2Ω-3.0Ω。2.2三极管工作原理
三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管,晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件.其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号, 也用作无触点开关。
晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电 流了。
由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic 这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib 式中：β1--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：
β= △Ic/△Ib 式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
2.3 双向可控硅的工作原理
（a）符合（b）构造
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成。当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关 断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化。
硅控调光器主要构成元件包括：(1)硅控管--用来截取交流电压部分导通角度,以改变灯具的输入功率(2)RtCt timer--Rt为可调电阻,用来改变硅控管导通角度(3)Diac--一种击发硅控管的元件。注意：硅控管在击发之后就维持导通状态,直到流通的电流降到 hold-up current(维劳电流)准位以下。硅控调光器原来是为纯电阻性负载的白炽灯专用的,通常是无法匹配萤光灯与省电灯泡(CFL)。
第三章 硅控调光器的缺点
硅控调光器会成为未来LED照明的主流调光方式吗?答案是相当不乐观的。硅控调光器的主要缺点包括：
(1)功率因数会变差,导通角愈短,功因就愈差。调到1/4亮时,功因将低于0.25。
(2)效率会变差,因为在调暗时,负载不足,会造成硅控管提早关闭,导致 RC timer与导通角错乱。更造成萤光灯或LED 灯操作无法稳定,而闪烁不定的问题。欲解决闪烁问题,通常要加装交流电阻(bleeder or dummy load)。如此一来,用bleeder来消耗功率以维持硅控管的正常操作,就违背了原先调光节能的立意。
(3)匹配问题,要开发一种与市面上数十厂牌硅控调光器,都保证相容的可调光LED灯具,是相当困难的。硅控调光器的匹配问题,请参阅NXP Application Note AN10754。
(4)高装置成本,雇请一个电气工人来装置硅控调光器至少需要 $30至 $50。
(5)有限的既有市场,目前大部分办公室及商店照明都以萤光灯为主;而几乎所有的萤光灯都不能匹配硅控调光器。不管是在欧美,日本,或新兴国家,硅控调光器事实上都不普及。据统计,全美国包括家庭、商店、工厂与办公室,全部加起来约有七十亿灯管和灯泡。平均每个人备有28颗灯泡。但是装有调光器者,不到 1%。
照明大厂对硅控调光器前景不看好的几个实例就是上述Philips、Sharp推出的遥控调光器。但是不管硅控调光器或是遥控调光器,整个照明产业,显然没有共识。或者是说,当消费者不能接受昂贵的调光方案,而品牌厂商只有兴趣生产高利润的遥控调光器时,调光节能环保的美意就无疾而终了。
第四章 调试
开启电源之后，在电容C1两端可测得直流12.6V电压，满负荷时为9.5V。发光二极管组件总电流由R9决定，选取适当值，保证流过LED7-LED9工作电流不少于350mA，两边φ5mm草帽形的每路工作电流不大于20mA，可在LED1-LED6和LED10-LED15各串联一个20Ω的小电阻，以保持工作电流正常。市电输入端应安装电源开关，规格自选。
第五章 学习体会
通过这次我们几位组员共同完成的电子产品设计制作实验，我们学到了很多。在团队协作与各组员分工中得到的高效工作令我们充满了成就感。而在实际操作本次制作过程中，我们学到了许多从书本上即使看到难以真正消化的知识。从确定课题，查找资料，到设计电路，购买电子元件，实际完成制作这一系列的过程，我们的收获寥寥数字不足以表达。
在此次实践中，我们意识到，其实只要花上几元钱，买几个电子元件，就可以通过自己的努力在几个小时内创造出自己的电子作品，通过一个小小电子产品的制作，不仅证明了我们学习和动手的能力，更重要的是令我们感到收获很大，乐趣无穷。曾经我们担心过电的知识是否太奥秘，制作过程是否太复杂。的确不错，电的技术发展得很快。新型的家用电器琳琅满目，电脑、彩电和不少现代电器在生活、学习、工作中不可缺少。但实际上都是由一个个小小的电子元器件和小电路组成的。只有从基本的电的知识学起，学习用基本电子电路制作一些小的电子作品，才能逐步学习更多的知识，掌握更高级的技术，做更大更复杂更有意义的电子作品。就比如此次我们的设计制作。
在实验的最开始，小组成员无一不是由于缺乏经验而显得茫然无措。然而经过不久的思索和沉淀我们意识到，首先应当根据我们目前的条件(主要是所能找到的元器件)以及自己的能力来决定要制作的电子电路。先易后难，循序渐进。就这样，貌似完全陌生的内容在我们由此开始一步步的努力、探索和反复试验下逐渐看到了雏形。世上无难事，只怕有心人，不是吗？
第六章 总结
创新意识：是创新能力的重要心理因素，只有在强烈的意识与意愿的指导下，个人才能有强烈的创新动机。
创新思维方式：创新需要的是新的突破，因此其思维方式也就有一定的特点，需要相异 性、差异性思维非常优秀，同样一个问题，不同的人会有不一样思维。要创新就要不受现成的常规的思路的约束，寻求对问题的全新的独特性的解答和方式的思维过程，要全新的、独特的解决问题的思维方式。
知识基础：要创新就要有丰富的知识作为基础，要在某一方面有怕创新，必须对此知识系统有一定的了解和掌握。只有充分理解该方面已经取得的知识和问题，才能在此基础之上进行更进一步的突破。另外，获取知识和运用知识，科研能力等都是进行创新的必备条件。
科学创新态度：创新是创造的过程，需要有勇于怀疑和批判的精神，当面对创新过程中的挫折与失败时，要有勇于突破的精神和坚韧的态度，具备较强的独立性，远大的理想和无畏的胆识，以及浓厚的创新兴趣。根据本课程开设的目的，在本课程设计中主要由老师对项目设计的创新思维方式作的引导，同时介绍切合实际的创新方法，便于大家理解和便于实施，更好地实现创新知识的积累。
“T型”人才：不但要具备一定深度的学科知识，更要具备一定宽度的创新精神和经营理念，这样才能团结其他学科的人才，更高效地工作，将想法付诸实践。无论在工作中充当什么角色，我们都会遇到一些问题，可能是我们日常生活中的小问题，也可能是困扰世界、需要更多人关注和投入的大问题，而具备创造性思想是解决问题的关键。事实上，创新力对学生的领导才能、团队运作能力、谈判能力、革新精神、决策能力等生存技能的培养，都起着决定性作用。
我们思考的方式，随着年龄的增加、知识的获得、经验的丰富，通常会成为自己是自己的守卫，自己又是自己的囚犯。因此容易丧失从自我编织的囚笼中逃跑的能力，更为甚者，他们并不觉得自己深陷囫囵。
1.机遇无处不在。
只要注意观察，在任何时间、任何地点，都能发现很多亟待解决的问题。2.无论问题大小，通常都能利用现有资源，找到解决的办法。
一个具有创造精神的人，一定能够发现问题，并将问题转化为机遇的人。他们会用一些创新的方法，利用有限的资源来实现他们的目标。然而大部分人遇到问题时，第一个想到的就是这个问题似乎无法解决，因此忽视了那些有创造性的方法，即使这方法摆在眼前，也都被他们错过了。
3.不要把问题禁锢在狭隘的框架中。
例如，当遇到在两个小时内赚到钱这样一个简单的问题时，大部分人马上就会想到那些 老套的“标准”答案。他们不会重新审视问题，也不能从更广阔的视角来观察问题。其实揭开这层蒙眼布，世界就会变得很不同，到处充满机遇。
如前所述,我们现在处于3G、4G世代的电子业对一个简单的调光功能却束手无策,实在很讽刺。事实上,无法提供调光功能,是照明业者长久以来的一个窘境。LED照明业者,必须果断地突破这个僵局。更佳者,若能开创出一种接近零成本,不需要改变接线,不需要遥控调光器,又能维持高效率与高功因,又能立即被普遍采用的调光方式,就能让LED照明更可以和省电灯泡竞争。调光功能的突破,对整个LED照明产业,是一个非常重要的关键。
参考文献：
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第五篇：基于PWM调光的智能多功能台灯设计外文翻译
本科毕业设计（外文翻译）
题 目 基于PWM的智能多功能台灯设计 姓 名 韦 洋
专 业 自动化 学 号 201042004 指导教师 曹 卫 锋
郑州科技学院电气工程学院 二○一四年五月
外文翻译
Intelligent lighting control system
Abstract: Intelligent lighting control system the main aim is to save energy, smart lighting control system with a variety of “pre-set” control mode and control components, at different times on different degrees of illumination for accurate set-up and rational management of energy-saving.This automatic adjustment of the illumination means, take full advantage of the natural outdoor light, only when necessary when the lamp or light to the required brightness, use the least energy to ensure that the required illumination level, energy-saving effect is very clear, usually ranging from more than 30%.Keywords: Intelligent lighting control system bus-type star-shaped structure The advantages of the use of the intelligent lighting control system 1.1 Good energy saving effect Intelligent lighting control system using the main purpose is to save energy, smart lighting control system with a variety of “pre-set” control mode and control components, at different times on different degrees of illumination for accurate set-up and rational management of energy-saving.This automatic adjustment of the illumination means, take full advantage of the natural outdoor light, only when necessary when the lamp or light to the required brightness, use the least energy to ensure that the required illumination level, energy-saving effect is very clear, usually ranging from more than 30%.In addition, the intelligent lighting control system for fluorescent lamp dimming control, etc., due to the use of a fluorescent active tunable filter electronic ballast technology and reduce the harmonic content, to improve the power factor and reduce the low-voltage reactive power loss.外文翻译
1.2 To extend the life span of light source
Light source can not only extend the life savings, but also significantly reduce the workload of lamp replacement, reducing the operating costs of lighting systems, management and maintenance becomes simple.Both the thermal radiation source, or gas discharge light source, voltage fluctuations are a major cause of light damage.Therefore, the effective suppression of the fluctuations in voltage can extend the life of light sources.Intelligent lighting control system can successfully suppress the surge voltage power grid, but also have a voltage limit and the conjugate stream functions of filtering, to avoid over-voltage and under-voltage damage to the light.The use of soft-start and soft turn-off technology, to avoid the impact of current damage to the light.Through this method, the light source to extend the life span of usually 2 to 4 times.1.3 To improve the working environment improve efficiency
Good working environment is to improve the efficiency of a necessary condition.Good design and reasonable choice of light source, lamps and lighting quality control systems, can improve the quality of lighting.Intelligent lighting control system dimming control panel module to replace the traditional lighting of the level switch control is an effective way to control the overall room illumination value, thereby enhancing the uniformity of illumination.At the same time, this control method used in electrical components have also solved the stroboscopic effect, will not create uncomfortable, confused, feeling eyestrain.1.4 To achieve a variety of lighting effects
A wide range of lighting control, the same building can have a variety of artistic effect, for a lot of construction hyperchromic.Modern buildings, lighting is not simply to meet people on the visual effect of light and shade, they should have control of a variety of programs to make buildings more vivid, more artistic, giving a wealth of visual effects and aesthetics.As an example of a project, building the
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exhibition hall, lecture hall, lobby, atrium, etc., if with intelligent lighting control system, according to different times, different uses, different effects, using the corresponding pre-set scene control, can achieve the wealth of artistic effect.1.5 Facilitate the management of maintenance
Intelligent lighting control system for the control of lighting based on the automatic control of modular-based, supplemented by manual control, preset lighting scenes to the parameters stored in the EPROM Digital, these information is very convenient to set up and replaced, so that building lighting management and maintenance easier.1.6 Have a high economic rate of return
Our reference point for the Shanghai region, from energy-saving lights and provincial estimates of the two made a come to this conclusion: with three to five years, the owner can recover the basic intelligent lighting control system to increase the total costs.Intelligent lighting control system can improve the environment and improve employee productivity and reduce maintenance and management costs, but also for the owners to save a substantial amount of costs.Intelligent lighting control system components
We know that the intelligent lighting control system of building control system is onlyone part of the.If you want to focus on the various control systems to the control center to control, then the control system must have the standard communication interface and protocol version.Although such a system integration is feasible in theory, but it is very difficult to put into practice.Thus, in engineering, intelligent management of our building a distributed system, distributed, that is relatively independent of each control subsystem, self-contained, the implementation of specific control, intelligent building management system control subsystem of the relative independence, self-contained, the implementation of specific control, intelligent building management system from the control subsystem is a signal
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collection and monitoring role.At present, the intelligent lighting control system in accordance with sub-network topology, the following two forms, namely, bus and star-shaped structure-based hybrid.Both forms have the characteristics of a number of bus more flexibility, easy expansion, control of relative independence, lower costs;mixed some high reliability, fault diagnosis and rule out the simple, easy access to the agreement, transfer rate higher.Engineering design, we consider the building of intelligent lighting control system as an independent subsystem, use of international standards and agreements of the communication interface text, into the intelligent building management systems.Intelligent lighting control system uses a distributed, distribution-based approach,that is, the dimming control unit is relatively independent, self-contained,non-interfering, through centralized management and information interfaces, and intelligent building management system linked to the achievement of the building control center subsystem of the collection and monitoring of the signal.In short, the intelligent lighting control should be the main system is a centralized management, and the main trunk and information interface components consisting of the regional implementation of the same sample of control and signal networks;its subsystems should be a dimmer by the various types of modules , control panels, illumination detector dynamic and static and dynamic components consisting of detectors, respectively, of the regional implementation of the specific control of different networks, the main system and subsystems, such as between the components through the interface to connect, to achieve data transmission.Intelligent lighting control system and control of the control of the content
A project to control the use of intelligent lighting control system include the following categories: technology office hall, computer center and other important room, lecture hall, such as multi-function hall, exhibition hall, conference center, lobby and courtyard, walkways and elevators, such as the Office of Public site;
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building facade lighting ingeneral and also by the intelligent lighting control systems to control switch signal.Control the content of the term of the Interpretation: 1 clock control Clock management, etc.through the electrical components, to achieve the normal work of regions for the state of lighting in different time control.2 the automatic adjustment control illumination Through each module and illumination dimming dynamic electrical components such as detectors, to achieve under normal conditions in the regions for the normal work of the state of the automatic lighting dimming control, making the region, such as illumination will not be outside with the sunshine factors change, and always maintain the default value in the illumination around.3 control of the regional scene Through each dimmer module and the control panel and other electrical components, to achieve under normal conditions in the regions for the normal work of the state of the scene lighting control switch.4 static and dynamic detection of control Through each dimming modules and electrical components, such as movement detectors, to achieve under normal conditions in the regions for the normal work of the state of the automatic lighting control switch.5 Reduction state of emergency control Through each of the normal lighting control module, such as dimming of the electrical components, to achieve a state of emergency for the normal work of the various districts in the state of lighting and to give up the number of relief, such as dimming control.6 Manual remote control Through the infra-red remote control, to achieve under normal conditions in the regions for the normal work of the state of lighting control and manual control of the regional scene.7 Emergency lighting control Here mainly refers to the control of intelligent lighting control system to the special region by the implementation of the emergency lighting control, including the following two controls: 1 under normal illumination and the automatic adjustment control of the regional scene with the regulation of the normal work of lighting the same manner as the control.2 a state of emergency automatic discharge dimming control, through each of the emergency lighting dimming control module, such as electrical components, to achieve a state of emergency for the regions under a state of emergency lighting dimmers, such as giving up control, so that the accident in the state of emergency lighting to reach
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100%.These are the characteristics of intelligent lighting control systems analysis and office buildings in a specific application in a number of experiences, hoping to play the role of forward, so that the field of technology in the lighting to fully play its role.外文翻译
智能照明控制系统
摘要:智能照明控制系统的主要目的是利用“预先设定的“控制方式和控制元件对照明系统进行优化管理,智能照明控制系统在不同时期,不同程度上的照明进行精确设置和合理的节能管理。这种自动调整的照明方式,充分利用室外的自然光,只在必要时当灯或灯光亮度有特殊要求时,用最少的能源,在确保所需的照明度的前提下,达到理想的节能效果,一般可达30%以上。关键词:智能照明控制系统 总线型 星型结构 利用智能照明控制系统的优势
1.1 良好的节能效果
智能照明控制系统的主要目的是节约能源,智能照明是用“预先设定的“控制模式和控制元件的控制系统,在对不同时间的不同光照度进行准确的设置和合理的节能管理。这种自动调整照明方式,采取充分利用室外的自然光,只在必要时当灯或光所需的亮度有要求时,用最少的能源,以确保所需的照明度,节能效果十分明显,通常是超过30%不等。此外,智能照明荧光灯调光控制灯等,由于使用荧光灯电子镇流器有源可调谐滤波器技术,减少了谐波含量,提高了功率因数,降低了低压无功损耗。
1.2 延长光源寿命
照明光源不仅可以延长使用寿命,而且还大大减少更换灯泡的工作量,减少照明系统的运作成本,使得管理和维修变得简单。无论是热辐射光源或是气体放电光源,电压波动是光损伤的重要原因。因此,有效的制止波动电压可以延长光源的寿命。智能照明控制系统可以成功地抑制电源网络的浪涌电压,但也有限制电压和共轭电流滤波的功能,以避免过电压和欠电压损坏光源。通过使用软启动和使用软关断技术,可以避免损害到光电源。通过这种方法,光源寿命通常可延长为2至4倍。
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1.3 改善工作环境,提高工作效率
良好的工作环境,是提高效率的一个必要条件。良好的设计和光源,灯具和照明质量控制系统的合理选择,可以提高照明质量。智能照明控制系统使用的调光控制面板模块,用以取代传统的液位开关控制照明是一种有效的方式来控制整个房间照度值,从而提高照度均匀性。同时,这种控制方法在电器元件使用,也解决了频闪效应,也不会产生不舒服的,混乱的感觉和眼睛疲劳。
1.4 实现了多种灯光效果
一个广泛的照明控制,同样的建设可以有不同的艺术效果并为建筑增色不少。现代建筑,照明不仅是为了履行对光影的视觉效果,设计师们应该有多种方案的控制,使建筑物更加生动,更加美观,给人一种视觉效果和美学的财富。作为一个工程实例,例如展厅,报告厅,大堂,中庭等,如果能利用智能照明控制系统,对不同时期,不同用途,不同的效果采用相应的预设置场景控制,就可以实现丰富的艺术效果。
1.5 便于维护管理
智能照明控制系统的控制基础为自动照明控制模块,由人工控制为辅,把预置的灯光场景的参数存储在EPROM中,这些信息可以非常方便的设置和更换,使建筑照明管理和维护更加容易。
1.6 具有较高的经济回报率
我们以上海地区为参考,从节能灯和省级这两个估计作出得出这样的结论:三至五年,业主可以恢复基本智能照明控制系统的投资,以后便可以增加收入。智能照明控制系统可改善环境和提高员工的工作生产率和降低维护和管理成本,而且还为业主节省了大量费用。智能照明控制系统组件
我们知道,楼宇控制系统只是智能照明控制系统一个部分。如果你想专注于各种控制系统,控制中心控制,则控制系统必须具有标准通讯接口和协议的版
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本。虽然这样的系统集成在理论上是可行的,但它是非常难以付诸实践。因此,在工程中,我们建立一个分布式系统,所谓分布式,即各控制子系统相对独立的智能化,自我包含具体的控制,智能楼宇管理系统相对独立自足,控制子系统实现具体的控制,从控制子系统的智能化楼宇管理系统的实施是一个信号收集和监测作用。目前,智能照明控制系统按照网拓扑结构可以分为以下两种形式,即总线式和星形结构。这两种形式有更大的灵活性,易于扩展的数量特征,控制的相对独立性,成本低,高可靠性,故障诊断和排除简单,方便的协议,传输速率更高。工程设计中,我们考虑了智能照明控制系统建设作为一个独立的子系统,采用国际标准和协议使用通讯界面文本进入智能建筑管理系统。智能照明控制系统是采用分布式,并以配送为基础的方法,即调光控制单元相对独立,自成体系,互不干扰,通过集中管理和信息接口,智能楼宇管理系统与建筑物的控制子系统实现收集中心和监测信号测功能。总之,智能照明控制应是一个集中管理,由主干线和信息界面部分组成的控制区域执行信号网络,它的子系统,应该是一个由各类调光模块,控制面板,照明探测器动态和静态和动态组件组成的,分别对控制区域的具体实施不同网络,主系统和子系统,如组件之间,通过接口连接,实现数据传输。智能照明控制系统和控制内容的控制
一个项目控制的智能照明控制系统的使用包括以下内容类别:科技办公大厅,计算机中心,报告厅等多功能厅,展览厅,会议中心,大厅和庭院,走廊和电梯等公共现场办公;大厦外墙一般照明并且由智能照明控制系统,以控制开关信号。控制所包含的内容: ①时钟控制 时钟管理,通过电器元件等,以达到在不同的地区正常工作状态的照明时间控制。②自动调整控制照明 通过每个模块和动态调光照明电器元件等作为探测器,在正常条件下实现地区的自动调光控制使该地区照明状态正常工作,如果照明不随外面的阳光因素的变化,并始终保持在默认值照明左右。③控制的区域现场 通过每个调光模块和控制面板和其他电器部件,实现场景灯光控制开关状态正常工作。④静态和动态检测控制 通过每个调光模块和电气元件,如运动,探测器,实现自动照明控制开关状态正常工作。⑤应急控制 通过各种正常的灯光控制模块,如电气调光,组件,实现了各区紧急状态下的照明状正常工作。⑥手动遥控器 透过红外线遥控器,以达到在
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正常条件下对该地区的照明控制状态正常工作和手动控制区域场景。⑦应急照明控制这里主要指智能照明控制系统控制的特殊地区由应急照明控制,包括以下两个控件的实现:(1)在正常照明和区域自动调节控制(2)随着场景的不同,照明控制方式也不同。(3)通过对每个国家的紧急自动调光控制,应急照明调光控制模块,如电器元件,以实现下一个应急照明调光器,A国对地区进入紧急状态,如放弃控制权,从而使在事故应急照明状态达到100%。这是智能照明控制系统的分析和特点,希望能发挥前锋的作用,使技术在照明领域,充分发挥其作用。
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